DE19830550C1 - Verfahren zum Verbinden metallischer Teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden metalli­ scher Teile, insbesondere zum Verschließen eines Risses, mit dem Reib-Rühr-Schweißverfahren.

Das Reib-Rühr-Schweißverfahren oder Friction Stir Welding ist z. B. aus der DE 42 25 435 A1 bekannt. Auch die DE 196 42 331 A1, die EP 0 867 254 A1 oder Patent Abstracts of Japan 10071477 A nennen ein Reib-Rühr-Schweißverfahren. Es ist aber nur bekannt, dieses Verfahren an trockenen Bauteilen einzusetzen. Es zeichnet sich dadurch aus, daß an der zu ver­ schweißenden Stelle ein fester Dorn in Rotation versetzt wird, so daß das Metall durch die Reibungswärme plastisch verformt wird und so zwei Teile verbindet oder einen Riß schließt.

In verschiedenen Industrieanlagen oder Kraftwerken sind Anla­ genteile aus Metall vorhanden, die sich betriebsbedingt be­ vorzugt unter Wasser befinden. Ein Beispiel dafür sind Kern­ einbauten, z. B. der Kernmantel im Reaktordruckbehälter eines Kernkraftwerkes, der beim Betrieb des Kernkraftwerkes vom Re­ aktorwasser bedeckt ist. Es gibt auch in wassergefüllten Bec­ ken Auskleidungen aus Metall.

Um das Reib-Rühr-Schweißverfahren einsetzen zu können, war es bisher erforderlich, daß die zu verschweißende Stelle zuvor trocken gelegt wurde. Sowohl das Verbinden von zwei metalli­ schen Teilen an einem Kernmantel oder an einer Beckenausklei­ dung, als auch das Verschließen eines Risses war bisher nur möglich, wenn am Schweißort kein Wasser vorhanden war. Daher wurde bisher der Wasserspiegel bis unter den späteren Schweißort abgesenkt. In einem Reaktordruckbehälter eines Kernkraftwerks war dann wegen der hohen Kontamination der trockengelegten Teile ein sofortiges Arbeiten nicht möglich. Vielmehr mußte zunächst in aufwendiger Weise eine Dekontami­ nation der zu verschweißenden Teile erfolgen. Es ist auch vorstellbar, daß die Teile aus dem Wasser herausgehoben wer­ den, sofern notwendig dekontamiert und auf eine trockene Ab­ stellposition gebracht werden, um sie dort zu bearbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden metallischer Teile anzugeben, zu dessen Durchfüh­ rung Wasser, das die Teile überdeckt, nicht entfernt werden muß.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß un­ ter Wasser geschweißt wird.

Die Erkenntnis der Erfindung liegt darin, daß dieses Reib- Rühr-Schweißverfahren anders als ein Lichtbogen-Schweißver­ fahren unter Wasser einsetzbar ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß der Wasserspiegel nicht abgesenkt werden muß und auch nicht an der Schweißstelle eine dichte Haube, aus der das Wasser abgepumpt werden müßte, notwendig ist.

Da das Wasser nicht entfernt oder zurückgedrängt werden muß, wird mit dem Verfahren nach der Erfindung insbesondere der Vorteil erzielt, daß zwei Teile schnell und zuverlässig und auch kostengünstig miteinander verbunden werden können. Häu­ fig ist ein Stillegen der Anlage, in der geschweißt werden soll, nicht erforderlich. Insbesondere entfällt bei Reaktor­ druckbehältern die aufwendige Dekontamination vor dem Schwei­ ßen.

Beispielsweise bilden die Teile, die verschweißt werden sol­ len, die Ränder eines Risses. Mit dem Reib-Rühr-Schweißver­ fahren wird der Riß verschlossen. Falls es sich um einen Riß handeln sollte, der durch interkristalline Spannungsrißkorro­ sion entstanden ist, wird vorteilhafterweise durch einen ge­ genüber üblichen Schweißverfahren mit Lichtbogen reduzierten Zugspannungseintrag eine stabile Verbindung geschaffen. Das ist darauf zurückzuführen, daß der Wärmeeintrag deutlich kleiner als bei bekannten Verfahren ist. Ebenso kann eine durch interkristalline Spannungsrißkorrosion geschädigte Schweißnahtwurzel, z. B. an einem Rohr, saniert werden.

Darüber hinaus wird im allgemeinen gegenüber üblichem Schwei­ ßen die Materialbeeinflussung durch Wärme deutlich vermin­ dert. Das ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß bei­ spielsweise das Material der zu verschweißenden Teile beim Reib-Rühr-Schweißverfahren im zu verbindenden Bereich, bzw. an der Schweißstelle, nur plastisch verformbar und nicht flüssig gemacht wird, wozu vorteilhafterweise ein geringerer Wärmeeintrag als für eine Verflüssigung ausreichend ist.

Falls ein Riß zu verschließen ist, reicht es beispielsweise aus, daß dieser nur im Bereich der Oberfläche der angrenzen­ den Teile des Bauteiles, in dem sich der Riß befindet, ver­ schlossen wird. Es ist vorteilhafterweise nicht erforderlich, den Riß bis zu seinem Grund hin durch Schweißen zu verschlie­ ßen. Damit wird der Vorteil erzielt, daß der Riß bei gleicher Zuverlässigkeit schneller und kostengünstiger verschlossen wird.

Die Teile, die zu verbinden sind, bzw. an denen ein Riß zu verschließen ist, bestehen beispielsweise aus Stahl. Sie sind beispielsweise Bestandteile eines Kernmantels in einem Reak­ tordruckbehälter oder einer Beckenauskleidung oder sie sind Rohre. Bisher wurde das Reib-Rühr-Schweißverfahren nur an re­ lativ weichen Metallen, wie z. B. Aluminium, eingesetzt. Ein Einsatz zum Verschweißen von Stahlteilen oder zum Beseitigen eines Risses in einem Stahlteil ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung erst dadurch möglich, daß ein Schweißkopf ver­ wendet wird, der aus einem Material besteht, das härter als Stahl ist. Ein solches Material kann z. B. Titan sein.

Das Verfahren nach der Erfindung kann insbesondere zum Längs­ schweißen und zum Konturenschweißen eingesetzt werden. Es können Kehlnähte aber auch Stumpfnähte gebildet werden.

Da unter Wasser mit dem Reib-Rühr-Schweißverfahren das Mate­ rial der zu verschweißenden Teile, insbesondere beim Ver­ schließen von Rissen, nur relativ wenig erhitzt wird, kann es auch nicht zu einer Korrosion in Folge des Schweißens kommen. Die geschweißten Teile sind also korrosionsbeständig.

Beispielsweise wird den Teilen am zu verbindenden Bereich ein Schutzgas zugeleitet. Dazu können dem Schweißkopf eine oder mehrere Schutzgasdüsen zugeordnet sein. Diese können ringför­ mig um den Schweißkopf verteilt sein. Durch das Schutzgas wird das Entstehen von Anlauffarben am geschweißten Material minimiert.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß metallische Teile, insbesondere Kernein­ bauten in Reaktordruckbehältern von Kernkraftwerken, unter Wasser saniert werden können. Es muß weder Wasser abgelassen werden, was ein aufwendiges Dekontaminieren nachsichziehen würde, noch muß die Schweißstelle mit einer aufwendigen dich­ ten Haube überdeckt werden.

Ein Ort, wo das Verfahren zum Verbinden metallischer Teile nach der Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann, wird anhand der Zeichnung näher erläutert:

Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt eines Kernmantels 1 als Beispiel für ein Bauteil, an dem Schweißnähte 3a bis 3c anzu­ bringen sind. Der Kernmantel 1 befindet sich innerhalb eines Reaktordruckbehälters 2, der mit Wasser gefüllt ist. Der Kernmantel 1 besteht aus mehreren Teilen 1a bis 1d, die durch Schweißnähte 3a bis 3c zusammengefügt sind. Bei einer Repara­ tur in einem Kernkraftwerk kann das Austauschen eines Teiles 1c des Kernmantels 1 erforderlich sein. Dazu wird ein neues Teil 1c durch Bilden der Schweißnähte 3b und 3c mit dem Reib- Rühr-Schweißverfahren unter Wasser befestigt. Mit dem glei­ chen Verfahren kann auch ein Riß 4, der zwei Teile 1a* und 1a** des Kernmantels 1 voneinander trennt, unter Wasser ver­ schlossen werden. Es ist also mit einfachen Mitteln eine Sa­ nierung des Kernmantels 1 möglich. Es muß weder Reaktorwasser abgelassen werden, was eine aufwendige Dekontamination nach­ sichziehen würde, noch muß eine dichte Haube, die das Schweißgerät umgibt und die zu behandelnde Bauteiloberfläche überdeckt, positioniert werden, was aufwendig wäre.

Um Schutzgas zur Schweißposition zu bringen, ist ein Schweiß­ kopf 5 mit einem Leitungsring 6 umgeben, der in Richtung der Schweißposition ausgerichtete bzw. auf den Schweißkopf 5 hin gerichtete Düsen 7 für Schutzgas aufweist, das über eine Lei­ tung 8 zugeführt wird. Das Schutzgas verdrängt das Wasser an der Schweißposition während des Schweißvorganges und mini­ miert das Entstehen von Anlauffarben am Kernmantel 1.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verbinden metallischer Teile (1a bis d), insbesondere zum Verschließen eines Risses (4), mit dem Reib- Rühr-Schweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß unter Wasser geschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1a*, 1a**) die Ränder eines Risses (4) bilden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Teile (1a bis d) im zu verbindenden Bereich plastisch verformbar und nicht flüssig gemacht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Riß (4) nur im Bereich der Oberfläche der angrenzenden Teile (1a*, 1a**) verschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1a bis d) aus Stahl bestehen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (1a bis d) Bestandteile eines Kernmantels (1) oder einer Beckenauskleidung oder Rohre sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Teilen (1a bis 1d) am zu verbindenden Bereich ein Schutzgas zugeleitet wird.